赤泥基颗粒材料对土壤磷素有效性及迁移转化的影响研究

【摘要】：赤泥(RM)是制铝工业排出的红色废渣,环境危害严重。为促进赤泥的综合利用,针对农业面源污染严重、土壤有效磷素亏缺和磷矿资源不足等问题,本研究利用赤泥为主要原料,添加少量粉煤灰和水泥,焙烧活化制备赤泥基颗粒材料(RMG),作为土壤改良剂应用于土壤。研究围绕RMG对土壤磷素有效性及迁移转化的影响展开,重点研究了RMG对石灰性土壤磷素有效性的影响,分析了淋溶状态下RMG对土壤磷流失的阻控效果。另外,将磷吸附饱和的富磷赤泥基颗粒材料(PRMG)应用于土壤,研究PRMG在土壤中的释磷能力。同时,对施加赤泥材料的土壤进行了理化性状表征。通过RMG对土壤磷素有效性的影响研究发现:RMG的投加提高了土壤p H和CaCO_3含量,使土壤对磷的吸附固定作用进一步增强,从而降低了土壤磷素有效性。RMG投加量为10%的土壤在培养60d后有效磷含量为42mg/kg,比不添加RMG的对照土壤下降了61.3%。培养过程中土壤各形态无机磷之间的转化存在动态平衡:Ca_2-P和Ca_8-P逐渐转化为Ca_(10)-P;Ca_2-P向Al-P和Fe-P转化,并进一步转化为O-P。对土壤各形态无机磷与有效磷含量的相关性分析结果表明:Ca_2-P为最活跃磷源,直接影响有效磷含量,是植物可利用的最有效磷源;Ca_8-P、Fe-P和Al-P为中等活性磷源,通过各种转化对有效磷产生间接影响,可以作为储备磷源被植物利用;O-P和Ca_(10)-P为稳定态磷源,对有效磷贡献不大,很难被植物利用。通过RMG对土壤磷流失的阻控效果研究发现:RMG的投加提高了土壤磷素淋失临界值,对土壤磷流失有良好的阻控作用。RMG投加量为10%的土壤磷素淋失临界值为287mg/kg,是原始土壤4.46倍。淋出液中磷的主要存在形态如下:淋溶初期,由于土壤中含有较多细小松散的颗粒,使淋出液中颗粒磷含量较高;淋溶后期,淋出液中磷形态趋于稳定,大部分为可溶性反应磷。RMG投加量越多,淋出液的p H越高、总磷浓度越低,说明RMG中的碱性成分促进了土壤对磷的吸附固定。在此过程中,RMG中Ca、Fe成分溶出,在土壤介质中与磷结合成相对稳定的形态;此外,RMG表面也吸附了大量的磷,从而进一步减少了土壤磷的流失。通过PRMG在土壤中的释磷效果研究发现:升高温度可以显著促进PRMG中磷素向土壤的释放;提高土壤含水率可以促进PRMG中磷的解析和向土壤中的迁移;PRMG投加后磷素持续释放,土壤总磷含量随PRMG投加量的增加和培养时间的延长而逐渐升高。PRMG对土壤磷素有效性的影响主要表现为以下两个方面:1)PRMG向土壤中释放磷素,使土壤有效磷含量升高;2)由于PRMG中碱性成分的释放,提高了土壤对磷的固定作用,使土壤有效磷含量降低。在这两方面的共同影响下,PRMG投加量存在最适宜数值,本研究实验范围中PRMG投加量为6%的土壤中有效磷含量最高。综上,本研究通过将赤泥基颗粒材料应用于土壤,结果证明该材料能有效促进土壤磷的吸附固定,减少土壤磷流失。此外,在进一步将材料用于含磷废水中回收磷后,获得的富磷材料在土壤中有较好的释磷效果。本研究明确了赤泥基颗粒材料对土壤磷素有效性及迁移转化的影响规律,能够为赤泥资源化利用和磷素资源回收提供新思路,相关研究结论可以为材料的进一步应用提供理论基础。